[发明专利]一种钢铁基镶嵌金刚石涂层及其制备方法

权利要求书

1.一种钢铁基体表面沉积镶嵌结构界面金刚石涂层的制备方法，其特征在于，具体包括下述步骤：

(1)在钢铁基体表面溅射沉积Cr膜；

(2)在沉积Cr膜的基体上沉积CuCr膜；

(3)在沉积有Cr/CuCr膜的样品上，上砂复合电镀Cu-金刚石复合层；

(4)在上砂复合镀的样品上，加固镀CuCrMo层；

(5)用CVD金刚石生长设备在沉积有镶嵌过渡层样品表面生长出连续金刚石涂层；

(6)在CVD金刚石生长结束后，用还原性或中型气体气流喷冷样品淬火。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)沉积Cr膜：将钢铁基体表面经机械处理、超声波清洗后放入磁控溅射室，抽本底真空度小于8×10^-3Pa，充高纯氩气至工作气压为0.5～1Pa，设置钢铁基体负偏压为-150～-50V，将钢铁基体加热至400～700℃；启动铬靶磁控溅射，磁控溅射功率密度为5.0～20W/cm²，铬溅射时间为20～60min。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)沉积CuCr膜：同时启动铬靶和铜靶溅射沉积，铬溅射功率密度为2～5.0W/cm²，铜靶磁控溅射功率密度为4～10W/cm²，沉积时间为10～20min。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)复合电镀Cu-金刚石复合层：将镀有Cr/CuCr双层膜的样品，水平放入上砂电镀液浸泡金刚石颗粒的上砂电镀槽中，用紫铜为阳极，样品为阴极，采用埋砂法上砂，上砂电流密度为0.4～1.5A/dm₂，上砂镀时间为15～35min。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中电镀液中各组分具体配方为：Cu₂(OH)₂CO₃ 45～70g/l，EDTA 5～30g/l，柠檬酸200～350g/l，酒石酸钾钠30～60g/l，NH₄HCO₃ 10～25g/l，添加剂100～200ml/l；所述金刚石颗粒是经过表面处理的W5～W20金刚石颗粒，添加量为30～40g/l；电镀前所述金刚石颗粒在配好的电镀液中至少浸泡10小时。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述金刚石颗粒的表面处理方法为：将金刚石颗粒放在质量分数为25～36％的浓盐酸中煮沸30～60分钟，然后用水洗至中性；所述添加剂为甲酰胺与乙二醇混合液，体积比为3∶2。

7.根据权利要求1～6任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)加固镀CuCrMo层：将上砂镀后的样品放入加固镀槽中电镀，电流密度为1.0～2.0A/dm₂，加固至金刚石颗粒的80～90％埋在CuCrMo镀层中，取出样品，洗净干燥后即得到在钢铁基体上沉积有镶嵌过渡层的样品。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)电镀液中各组分具体配方为：Cu(BF4)₂·6H₂O 60～80g/l，氟硼酸铬60～80g/l，Na₂MoO₄·2H₂O 10～30g/l，柠檬酸10～30g/l，氯化镧0.1～0.3g/l，硼酸10～30g/l，用氟硼酸调节PH值到1.0。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)CVD金刚石生长设备是热丝CVD设备、微波CVD设备、直流等离子喷射CVD设备或射频CVD设备；所述步骤(1)钢铁基体为5CrNiSiMnMoV、7CrSiMnMoV、5Cr2NiMoVSi、9CrSi、GCr15或35CrMo。

10.权利要求1～9任意一项方法制备得到的钢铁基体上沉积镶嵌结构界面金刚石涂层，其特征在于，所述铬膜厚度为5～10μm，铜铬膜厚度为1～2μm，所述上砂镀层和加固层的镀层厚度总和为金刚石颗粒高度的80～90％，CuCrMo合金加固镀层的Cr含量为0.01～0.2％，Mo含量在0.1～0.5％范围。